(57)【要約】【課題】  Ｓ／Ｎ比を向上させたコンパクトな表面プラズモン共鳴センサを提供すること。【解決手段】  センサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板１３と、そのチップ基板１３の一の面に設けられた感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面１６と、入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面１６に入射させるようにチップ基板の他の面に設けられた回折格子１５と、表面プラズモン共鳴検知面１６を反射した反射光の強度を出力すべくチップ基板の他の面に取り付けられた受光手段２２と、回折格子１５によって回折した光のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるために使用する次数以外の光が受光手段２２に対してノイズとして入射するのを防止すべく、当該ノイズとなる光を吸収、干渉または反射する迷光防止手段３１〜３３と、を有する表面プラズモン共鳴センサ２。【選択図】        図４
2005147891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板と、
そのチップ基板の一の面に設けられた感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面と、
入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面に入射させるようにチップ基板の他の面に設けられた回折格子と、
前記表面プラズモン共鳴検知面を反射した反射光の強度を出力すべく前記チップ基板の他の面に取り付けられた受光手段と、
前記回折格子によって回折した光のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるために使用する次数以外の光が前記受光手段に対してノイズとして入射するのを防止すべく、当該ノイズとなる光を吸収、干渉または反射する迷光防止手段と、を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する表面プラズモン共鳴センサにおいて、
前記表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに使用する回折光が１次光であって、前記迷光防止手段は、前記チップ基板内の０次光が通る光路上に配置された光吸収材であることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３】
請求項２に記載する表面プラズモン共鳴センサにおいて、
前記迷光防止手段は、前記チップ基板の一の面側には前記表面プラズモン共鳴検知面を挟む２箇所の位置と、前記チップ基板の他の面側には表面プラズモン共鳴検知面と対面する位置とにそれぞれ凹部が形成され、そこに光吸収材が充填されたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４】
請求項１に記載する表面プラズモン共鳴センサにおいて、
前記迷光防止手段は、前記チップ基板の平行な面に対して、前記表面プラズモン共鳴検知面、回折格子及び受光手段が配置された箇所を除く部分に反射防止膜が設けられたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項５】
請求項１に記載する表面プラズモン共鳴センサにおいて、
前記表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに使用する回折光が１次光であって、前記迷光防止手段は、前記チップ基板の０次光が到達する前記チップ基板の一の面に設けられた当該０次光を該０次光の入射方向に向けて反射させる反射面であることを特徴とする表面プラズモン共鳴センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象物質であるターゲットの定性及び定量測定を行うための表面プラズモン共鳴センサに関し、特に回折格子を利用してコンパクトな構造にしたものであって、更に迷光を防止してＳ／Ｎ比の向上を図った表面プラズモン共鳴センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴センサは、例えば生体分子の相互作用を分子レベルで測定するため、相互作用を起こす生体分子の一方がセンサチップ面に固定され、これに作用する分子を含んだサンプル液がマイクロ流路等を介してセンサチップ表面に流される。２分子間の結合・解離に伴うセンサチップ面近傍での微量な屈折率変化が表面プラズモン共鳴シグナルとして検出され、このシグナルの経時変化がセンサグラムと呼ばれるグラフとして表示される。そして、センサチップ表面での分子の相互作用をリアルタイムにモニタすることにより、このセンサチップに対して特異的に認識するターゲット（微量物質など）の検出を可能としている。
【０００３】
こうした表面プラズモン共鳴を利用した測定装置には光学系の配置の違いなどからいくつかの方式がある。それらについては「生体物質相互作用のリアルタイム解析実験方法（永田和宏、半田宏、編集シュプリンガーフェアラーク東京（株）発行）」に記載されている。一方、表面プラズモン共鳴測定装置に関する特許文献としては、例えば特開平９−２９２３３３号公報に、多数のサンプル液についての分析を一度にまとめて行い、高い分析精度を得ることができる表面プラズモン共鳴センサが提案されている。ここで図６及び図７は、同公報に記載された表面プラズモン共鳴センサの平面形状、側面形状をそれぞれ示した図である。
【０００４】
この表面プラズモン共鳴センサ２００では、５本の光ビーム２４０が、入射側シリンドリカルレンズ２２１から、平面視状態で平行光にする入射側シリンドリカルレンズ２２２を介し、更に入射側シリンドリカルレンズ２２３によって集光させてプリズム２３０と５個の金属膜２１０との界面に同時に照射される。
一方、金属膜２１０とプリズム２３０との界面２３１で全反射した光ビーム２４０は、平行光化する出射側シリンドリカルレンズ２２４と集光する出射側シリンドリカルレンズ２２５を介して光検出手段２５０によって検出される。
【０００５】
そして、光検出手段２５０の各受光素子列毎に出力される光検出信号Ｓm は、全反射した光ビーム２４０の強度Ｉを入射角θ毎に示すものとなる。また、特定の入射角θSPで入射した光は、金属膜２１０とサンプル液２６０との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。そのため光検出手段２５０の各受光素子毎に出力される光検出信号Ｓを用いれば上記入射角θSPが分かり、このθSPの時間的変化からサンプル液２６０中の特定物質の定量性や親和性を分析することができる。
【０００６】
また、５つの金属膜２１０に向けてそれぞれ光ビーム２４０が照射されるので、光検出手段２５０の各受光素子列毎に光検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５が出力され、各金属膜２１０に接触している５個のサンプル液２６０の分析を同時に行うことができ、複数のサンプル液２６０について短い時間間隔で一度にまとめて行なえる。
【特許文献１】特開平９−２９２３３３号公報（第２−３頁、第１図）
【非特許文献１】生体物質相互作用のリアルタイム解析実験方法（永田和宏、半田宏、編集シュプリンガーフェアラーク東京（株）発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載するような従来の表面プラズモン共鳴センサ２００は、光ビーム２４０の進行方向である図面の左右にかけて半導体レーザーアレイ２２０、プリズム２３０、シリンドリカルレンズ２２１〜２２５及び光検出手段２５０が一方向に並べられて配置されている。そのため、測定位置である金属膜２１０を挟んで表面プラズモン共鳴センサ２００の構成部品が広く配置された構成になってしまい、表面プラズモン共鳴センサ２００を大型化させていた。
【０００８】
一方、本出願人は、こうした大型化の問題を解消すべく、先に出願した特願２００３−１６０２３４において、回折格子を使用して光を偏向させる表面プラズモン共鳴センサを提案した。ところが、光の偏向に回折格子を使用した場合、表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに役立つ次数の回折光だけが受光部に到達すればよいが、それ以外の回折光が迷光となって反射を繰り返し、その一部が受光部に入ってしまってセンサのＳ／Ｎ比を低下させるという新たな問題が発生した。特に、透過率が悪くなる関係から光を傾けて回折格子に入射させた場合、強度の大きい０次光が迷光となって受光部に入ってしまいセンサのＳ／Ｎ比を低下させることが大きな問題となった。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、Ｓ／Ｎ比を向上させたコンパクトな表面プラズモン共鳴センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表面プラズモン共鳴センサは、センサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板と、そのチップ基板の一の面に設けられた感応膜と金属膜とから構成される表面プラズモン共鳴検知面と、入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面に入射させるようにチップ基板の他の面に設けられた回折格子と、前記表面プラズモン共鳴検知面を反射した反射光の強度を出力すべく前記チップ基板の他の面に取り付けられた受光手段と、前記回折格子によって回折した光のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるために使用する次数以外の光が前記受光手段に対してノイズとして入射するのを防止すべく、当該ノイズとなる光を吸収、干渉または反射する迷光防止手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサは、前記表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに使用する回折光が１次光であって、前記迷光防止手段が、前記チップ基板内の０次光が通る光路上に配置された光吸収材であることを特徴とする。
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサは、前記迷光防止手段が、前記チップ基板の一の面側には前記表面プラズモン共鳴検知面を挟む２箇所の位置と、前記チップ基板の他の面側には表面プラズモン共鳴検知面と対面する位置とにそれぞれ凹部が形成され、そこに光吸収材が充填されたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサは、前記迷光防止手段が、前記チップ基板の平行な面に対して、前記表面プラズモン共鳴検知面、回折格子及び受光手段が配置された箇所を除く部分に反射防止膜が設けられたものであることを特徴とする。
また、本発明の表面プラズモン共鳴センサは、前記表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに使用する回折光が１次光であって、前記迷光防止手段が、前記チップ基板の０次光が到達する前記チップ基板の一の面に設けられた当該０次光を該０次光の入射方向に向けて反射させる反射面であることを特徴とする。
【００１３】
よって、本発明の表面プラズモン共鳴センサでは、回折格子を通った回折光を表面プラズモン共鳴検知面へ所定の角度で入射させ、その反射光が受光手段に到達することにより、サンプル液内のターゲットが表面プラズモン共鳴検知面に相互作用している場合の反射光強度の変化から微量物質の定性及び定量が測定できる。その際、表面プラズモン共鳴現象を発生させるために１次回折光が使用され、それ以外の次数の回折光が迷光となってチップ基板内で反射を繰り返し、受光手段に対して１次回折光と重なるように入射すると、それがノイズとなってＳ／Ｎ比を低下させる。そのため、１次光以外の回折光、特に強度の大きい０次光が反射を繰り返し、受光手段に対して１次光と重なるようにして入射するのを防止する必要がある。この点、本発明の表面プラズモンセンサでは、チップ基板内で迷光となって反射を繰り返す光を光吸収材で吸収、あるいは干渉フィルタなどの反射防止膜によって透過、あるいは反射面で該光の入射方向に反射させ、受光手段に到達しないか、或いは到達してもノイズとして問題にならない程度に非常に強度が小さいものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
よって、本発明によれば、透明なチップ基板の一の面に表面プラズモン共鳴検知面を設け、他の面には回折格子と受光手段とを設けるようにしたので、可動装置を用いることなく、また光学レンズ系を複雑にする必要もなくなって、コンパクトな表面プラズモン共鳴センサを提供することができた。そして、回折格子によって回折した光のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるために使用する次数以外の回折光が前記受光手段に対してノイズとして入射するのを防止すべく、当該ノイズとなる光を吸収、干渉または反射する迷光防止手段を有するので、Ｓ／Ｎ比を向上させた表面プラズモン共鳴センサを提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明に係る表面プラズモン共鳴センサの一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。
先ず、表面プラズモン共鳴センサの構造及び原理について簡単に説明する。図１は表面プラズモン共鳴センサの一部を簡略化して示した図である。この表面プラズモン共鳴センサ１００は、ガラスなどからなる透明なチップ基板１１１の一面に金膜１１２が４５ｎｍ程度成膜されている。表面プラズモン共鳴させるには、金や銀などのある種の金属が必要だからである。一般的には、化学的不活性、表面プラズモン共鳴シグナルの発生効率の良さなどの理由から金が用いられている。なお、金属層上には、特定の検出種と相互作用して特異的に結合する結合物質(リガンド、分子認識素子)が塗布されている。
【００１６】
表面プラズモン共鳴センサ１００では、図示するようにある角度θで入射光１１４が与えられると、チップ基板１１１と金膜１１２との境界面で反射した反射光１１５の強度が測定できる。そこで、この表面プラズモン共鳴センサ１００を使用した測定装置では、レーザーダイオードなどの光源から、図１に示すように入射光１１４を入射させ、全反射した反射光１１５を不図示のフォトダイオードアレイなどの受光手段で受光させて、その反射光１１５の強度を検出するようにしている。
【００１７】
チップ基板１１１と金膜１１２との界面で全反射するように光が照射されると、エバネッセント波が励起される。特定の入射角において、エバネッセント波の振動周期と金膜１１２表面に発生する表面プラズモン波の周期が等しくなり、共鳴現象により表面プラズモンが励起される。その結果、入射光のエネルギが表面プラズモン共鳴に使われるため、反射光１１５の強度が著しく低下する。ここで図２は、表面プラズモン共鳴センサによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示した表面プラズモン共鳴曲線であるが、図示するように反射光強度の入射角度依存性を測定すると、ある特定の角度において反射光１１５の強度が減衰した「光の谷」が認められる。この光学現象が表面プラズモン共鳴である。表面プラズモン共鳴は入射光の波長及び角度に依存しており、励起されると特定の入射角又は特定の波長を有する光成分の光エネルギーが表面プラズモン波へ移行し、対応する入射角又は波長を有する反射光が減少する。
【００１８】
また、表面プラズモン共鳴は金属層の表面におけるサンプル液の屈折率にも依存しており、サンプル液の屈折率が変化すれば波長一定の場合には共鳴角が変化し、入射角度一定の場合には共鳴波長が変化する。したがって、反射光の強度に基づき共鳴角或いは共鳴波長を調べることにより、金属層の表面におけるサンプル液の屈折率を分析することができる。金膜１１２表面の屈折率が変化し、図２に示すようにＡからＢのように共鳴角がシフトした場合、このシフト量の時間的変化を検出すれば、サンプル液などについてその定性情報及び定量情報を得ることができる。そこで、本実施形態の表面プラズモン共鳴センサは、例えば図２において入射角をθ１に固定し、シフトした反射光強度の変化ΔＩからサンプル液中のターゲットの定性及び定量を測定するようにした。
【００１９】
続いて、本実施形態の表面プラズモン共鳴センサについて説明する。図３は、第１実施形態の表面プラズモン共鳴センサを示した断面図である。この表面プラズモン共鳴センサ１は、シリコン基板などで作られたセンサ基板１１、反射防止膜１２、それにガラスなどの透明なチップ基板１３、そして反射防止膜１４が層状に重ねられている。そして、反射防止膜１２の層には光路偏向手段として等間隔の回折格子１５が設けられ、もう一方の反射防止膜１４の層にはプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。センサ基板１１は、チップ基板１３へ光を誘導する円形、多角形或いは切りかき等の開口部１７が穿設されており、照射された光からある決まった角度の直進光のみを取り出すため、迷光をカットするアパーチャ１８をその入口に取り付けることもできる。
【００２０】
表面プラズモン共鳴センサ１への入射光７は、例えば光源として設けられた赤色レーザからのレーザ光であり、その入射光（以下、「レーザ光」とする）７が開口部１７を通って導かれたチップ基板１３の一面には光路偏向手段として回折格子１５が設けられている。すなわち、この回折格子１５が、レーザ光７を偏向させてプラズモン共鳴検知面１６へ所定の角度で光を入射させる。
ところで、その入射角は、共鳴角が測定するターゲットによって異なるため、適した入射光及び反射光が得られるように設計する必要がある。特に本実施形態では、図２で示すように、反射光強度の変化ΔＩをとるための共鳴角（入射角）を固定するが、変化ΔＩが大きくなるように入射角θ１が設定される。
【００２１】
一方、本実施形態では表面プラズモン共鳴センサ１では、回折格子１５で発生する回折光（０次光、１次光、２次光…）のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに役立つ光として１次光Ｓ１が利用される（一般的にも１次光Ｓ１が利用される）。従って、その１次光Ｓ１が入射角θ１でプラズモン共鳴検知面１６に入射するようにしなければならない。そこで、１次光Ｓ１を入射角θ１で入射させるため、本実施形態では、レーザ光７を回折格子１５に対してθ２の角度で入射するようにしている。
【００２２】
平行な面を上下にもつチップ基板１３には、その一面に回折格子１５が設けられ、反対の面には、金膜２０と感応膜２１とが重ねられたプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。更に、このチップ基板１３には、回折格子１５と同じ面に受光手段としてフォトダイオード２２が設けられている。そして、チップ基板１３の上下両面には回折格子１５やプラズモン共鳴検知面１６、更にフォトダイオード２２を除く部分に反射防止膜１２，１４が設けられている。これは光路偏向手段として用いた回折格子１５によって、表面プラズモン共鳴に利用する１次光Ｓ１以外の回折光がチップ基板１３内で反射を繰り返して迷光になるのを防ぐためである。
【００２３】
すなわち、この表面プラズモン共鳴センサ１では、前述したように回折格子１５で発生した回折光（０次光、１次光、２次光…）のうち表面プラズモン共鳴現象を発生させる光として１次光Ｓ１が利用される。そして、それ以外の次数の回折光は迷光となってチップ基板１３内を反射することになるが、それがフォトダイオード２２へ１次光と重なって入ると、ノイズとなってセンサのＳ／Ｎ比を低下させてしまうことになる。特に、回折していない０次光Ｓ０は１次光Ｓ１に比べて強度が大きいため、センサのＳ／Ｎ比を低下させる大きな原因となる。そこで本実施形態では、こうした問題に対応するべく、チップ基板１３の上下両面に反射防止膜１２，１４を設けることとした。
【００２４】
続いて、以上のような構成による表面プラズモン共鳴センサ１の作用について以下に説明する。
この表面プラズモン共鳴センサ１には、所定の角度θ２で開口部１７に入射するレーザ光７が、不図示の偏光板によってＰ偏光のみ選択され回折格子１５に照射される。回折格子１５により回析したレーザ光７は、その１次光Ｓ１がチップ基板１３内を進み、プラズモン共鳴検知面１６に対してθ１の角度で入射する。
【００２５】
プラズモン共鳴検知面１６において表面プラズモン共鳴を発生させた反射光が、フォトダイオード２２で受光されると、そこで反射光の強度に比例した出力電圧が生ずる。そしてフォトダイオード２２から出力されたその測定信号が不図示の演算処理装置へと送信され、この測定信号に基づいた定性及び定量情報が反射光強度の変化ΔＩに基づいて解析される。
【００２６】
本実施形態では、プラズモン共鳴検知面１６への入射角θ１がレーザ光７の入射角θ２と回折格子１５によって設定されており、図２に示すように、その角度θ１における反射光強度の情報が得られる。そのため、感応膜２１におけるターゲットの有無により屈折率が変化して共鳴角がΔθだけシフトすることで、共鳴角θ１における反射光強度にもΔＩの変化が生じることになる。従って、この差を測定信号によって検出することができ、その結果ターゲットの定性及び定量が情報として得られる。
【００２７】
一方、チップ基板１３内には回折格子１５を通して０次光Ｓ０が入射するが、これはプラズモン共鳴検知面１６に直接当たることなく、隣りに設けられた反射防止膜１４へと当たる。干渉フィルタからなるこの反射防止膜１４では、０次光Ｓ０が全て透過してしまうわけではなく一部が反射する。それが更に反対の反射防止膜１２を透過し、こうした透過を繰り返すうちに０次光Ｓ０の強度が小さくなる。これは０次光に限るものではなく、回折格子１５によって生じた回折光が、反射防止膜１２，１４での透過を繰り返すこによって弱められ、その結果、チップ基板１３内での迷光が抑制される。
【００２８】
よって、本実施形態の表面プラズモン共鳴センサ１は、回折格子１５を利用し、表面プラズモン共鳴現象を発生させる１次光Ｓ１を、同じチップ基板１３に形成したプラズモン共鳴検知面１６を反射させフォトダイオード２２に入射させるようにしたので、センサ全体をコンパクトにすることができた。
更に、本実施形態では、回折格子１５を使用することによって、チップ基板１３内では回折光が反射を繰り返して迷光となりうるが、チップ基板１３の上下両面に設けた反射防止膜１２，１４によって透過させるようにしたので、ノイズの原因となる０次光Ｓ０がフォトダイオード２２に到達する量が抑えられ、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができた。
【００２９】
以上、第１実施形態の表面プラズモン共鳴センサ１では、コンパクト化を可能とするとともに、回折格子１５を使用したことにより引き起こされたＳ／Ｎ比の低下という弊害を、反射防止膜１２，１４によって解決している。更に続いて、より効果的に０次光Ｓ０を激減させてＳ／Ｎ比の向上を図った表面プラズモン共鳴センサについて、図面を示しながら以下に説明する。図４は、その第２実施形態の表面プラズモンセンサを示した断面図である。なお、第１実施形態のものと同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３０】
表面プラズモン共鳴センサ２は、シリコン基板などで作られたセンサ基板１１とガラスなどの透明なチップ基板１３が層状に重ねられたものであり、その間には回折格子１５とフォトダイオード２２が設けられ、チップ基板１３の反対側の面にはプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。センサ基板１１には開口部１７が穿設され、そこには迷光をカットするアパーチャ１８が取り付けられている。そして、本実施形態の表面プラズモン共鳴センサ２では、Ｓ／Ｎ比の低下を防止するためチップ基板１３の中に光吸収ブロック３１〜３３が設けられている。
【００３１】
光吸収ブロック３１〜３３は、チップ基板１３の所定の箇所に立方体形状の凹部３５〜３７が形成され、その凹部３５〜３７に光吸収材が充填されている。光吸収ブロック３１〜３３を構成する光吸収材には、照射される光７によって適当なものが選択され、例えば光源に赤色レーザが使用される場合には、赤色レーザ光の波長に対応したものが選択される。赤色レーザに対する具体例としては、例えば株式会社トスコ製のSDA8303 （フタロシアニン−金属錯体染料）などがある。従って、それがチップ基板１３の凹部３５〜３７に充填されて光吸収ブロック３１〜３３が形成される。なお、光吸収材は、黒色や使用しているレーザー光を吸収する色（赤色レーザー使用なら緑色）の物質なら良く、使いやすさ、入手のしやすさから考慮して黒色のシリコーン接着剤などでも良い。
【００３２】
本実施形態では、こうしてチップ基板１３内に光吸収ブロック３１を設けることにより、コンパクトに形成された表面プラズモン共鳴センサ２を大きくすることなく、しかも光吸収ブロック３１〜３３とチップ基板１３の上下面との距離を短くして、反射の繰り返し回数を増やすことで効率よく迷光の吸収を行うように構成されている。
また、本実施形態では、チップ基板１３内に設けた光吸収ブロック３１〜３３を図示するように位置をずらして３箇所に設けている。これは、表面プラズモン共鳴現象を生じさせるための光として１次光Ｓ１を利用するが、この１次光Ｓ１だけが回折格子１５からプラズモン共鳴検知面１６を反射してフォトダイオード２２へと到達する１次光Ｓ１の光路を形成する一方、それ以外の次数の回折光にとっては光路を遮るものとなるように配置されている。
【００３３】
なお、本実施形態ではチップ基板１３内に３つの光吸収ブロック３１〜３３を設けているが、全てを必ず設ける必要はなく、一部だけであっても有効に機能する。すなわち、ノイズの原因となるのは強度の大きい０次光であるため、これがチップ基板１３内を反射して迷光となるのを防止する必要がある。従って、０次光Ｓ０に直接作用する光吸収ブロック３１があれば、０次光Ｓ０はこれに対して反射を繰り返すため、ノイズを抑えてＳ／Ｎ比の低下を防止できる。そのため、チップ基板１３には最低限、光吸収ブロック３１だけが設けられたものであってもよい。
【００３４】
続いて、このような構成からなる本実施形態の表面プラズモン共鳴センサ２について、その作用を説明する。
表面プラズモン共鳴センサ２へ照射されたレーザ光７は、チップ基板１３の一方の面に設けられた回折格子１５で回折される。回折光のうち、特に１次光Ｓ１がチップ基板１３内に設けらた光吸収ブロック３１〜３３の間を抜けて、プラズモン共鳴検知面１６に対して所定の角度で入射する。そして、プラズモン共鳴検知面１６を反射した反射光が入射側の回折格子１５と同一平面にある受光側のフォトダイオード２２へ入る。
【００３５】
プラズモン共鳴検知面１６において表面プラズモン共鳴を発生させた反射光は、その後フォトダイオード２２で受光されるが、そこでは反射光の強度に比例した出力電圧が生ずる。そしてフォトダイオード２２から出力されたその測定信号が不図示の演算処理装置へと送信され、この測定信号に基づいた定性及び定量情報が反射光強度の変化ΔＩに基づいて解析される。
図２に示すようにθ１の入射角が入射光角度と回折格子１５によって設定されており、その角度における反射光強度の情報が得られる。そのため、感応膜２１におけるターゲットの有無により屈折率が変化して共鳴角がΔθだけシフトすることで、共鳴角θ１における反射光強度にもΔＩの変化が生じることになる。従って、この差を測定信号によって検出することができ、その結果ターゲットの定性及び定量が情報として得られる。
【００３６】
一方、こうした測定が行われる中、回折格子１５によって回折した０次光Ｓ０は、光吸収ブロック３１へと進んで多くが吸収され、更に一部反射したものが繰り返し光吸収ブロック３１〜３３によって吸収される。すなわち、ノイズとして最も注意すべきは強度の大きい０次光Ｓ０であり、これを光吸収ブロック３１で吸収する必要がある。ただし、全てが一度に吸収されてしまうるわけではなく、一部は反射してしまう。反射した０次光Ｓ０の光は更にその一部がチップ基板１３を透過し、また一部は反射して再び光吸収ブロック３１において吸収される。こうした吸収の繰り返しは光吸収ブロック３１〜３３によって行われ、フォトダイオード２２に到達するときには強度が非常に小さくなって、ノイズとして極めて低く抑えられたものとなる。
【００３７】
また、その他の１次光Ｓ１を除く回折光も光吸収ブロック３１〜３３によって吸収が繰り返されて弱められ、その結果、同じようにチップ基板１３内での迷光が抑制される。そして、フォトダイオード２２に到達するときには強度が非常に小さくなって、ノイズとして極めて低く抑えられたものとなる。
特に、本実施形態では、光吸収ブロック３１〜３３の厚みが大きいため光の吸収効率が良く、また光吸収ブロック３１〜３３とチップ基板１３の表面との距離が狭いので、反射による吸収の繰り返し回数が多くなって吸収効果が高くなっている。
【００３８】
よって、本実施形態の表面プラズモン共鳴センサ２は、前記第１実施形態と同様に回折格子１５を利用し、表面プラズモン共鳴現象を発生させる１次光Ｓ１を、同じチップ基板１３に形成したプラズモン共鳴検知面１６で反射させフォトダイオード２２に入射させるようにしたので、センサ全体をコンパクトにすることができた。
また、本実施形態でも迷光防止によりＳ／Ｎ比の向上を図っているが、チップ基板１３の中に光吸収ブロック３１〜３３を設けた構成としたので、前述したように、その厚みによって光の吸収効率が良く、またチップ基板１３の表面との距離が狭いため吸収の繰り返し回数が多くなって吸収効果が高くなった。そのため、ノイズの原因となる０次光Ｓ０がフォトダイオード２２に到達する量を抑えることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能になった。更に、光吸収ブロック３１，３２が、回折格子１５で生じた１次光Ｓ１以外の回折光の光路を遮るように配置されているので、この点でも効果的に迷光を防止することができ、Ｓ／Ｎ比の向上に寄与している。
【００３９】
以上、表面プラズモン共鳴センサの一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、迷光防止手段として干渉フィルタを利用した反射防止膜や光吸収材を充填してチップ基板内に形成した光防止ブロックを提案した。すなわち、これらは光の透過や吸収によって迷光を防止しようとしたものであるが、これ以外にも例えば、図５に示すように特にノイズとして注意しなければならない０次光Ｓ０を該０次光Ｓ０の入射方向に向けて反射させるべく、チップ基板１３に反射面４０を形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】表面プラズモン共鳴センサの検出部を簡略化して示した図である。
【図２】表面プラズモン共鳴センサによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示した表面プラズモン共鳴曲線である。
【図３】表面プラズモン共鳴センサの第１実施形態を示した断面図である。
【図４】表面プラズモン共鳴センサの第２実施形態を示した断面図である。
【図５】表面プラズモン共鳴センサの反射による迷光防止手段を示した図である。
【図６】従来の表面プラズモン共鳴センサを示した平面図である。
【図７】従来の表面プラズモン共鳴センサを示した側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，２  表面プラズモン共鳴センサ
１１  センサー基板
１２，１４  反射防止膜
１３  チップ基板
１５  回折格子
１６  プラズモン共鳴検知面
１８  アパーチャ
１９  入射光
２０  金膜
２１  感応膜
２２  フォトダイオード
３１，３２，３３  光吸収ブロック
Ｓ０  ０次光
Ｓ１  １次光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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